Электрический ток — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

 

Основные теоретические сведения

Электрический ток. Сила тока. Сопротивление

К оглавлению…

В проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, хотя в большинстве случае движутся электроны – отрицательно заряженные частицы.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Если ток не постоянный, то для нахождения количества прошедшего через проводник заряда рассчитывают площадь фигуры под графиком зависимости силы тока от времени.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется

постоянным. Сила тока измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. 1 А = 1 Кл/с.

Средняя сила тока находится как отношение всего заряда ко всему времени (т.е. по тому же принципу, что и средняя скорость или любая другая средняя величина в физике):

Если же ток равномерно меняется с течением времени от значения I₁ до значения I₂, то можно значение среднего тока можно найти как среднеарифметическое крайних значений:

Плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу поперечного сечения проводника, рассчитывается по формуле:

При прохождении тока по проводнику ток испытывает сопротивление со стороны проводника. Причина сопротивления – взаимодействие зарядов с атомами вещества проводника и между собой. Единица измерения сопротивления 1 Ом. Сопротивление проводника R определяется по формуле:

где: l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление материала проводника (будьте внимательны и не перепутайте последнюю величину с плотностью вещества), которое характеризует способность материала проводника противодействовать прохождению тока. То есть это такая же характеристика вещества, как и многие другие: удельная теплоемкость, плотность, температура плавления и т.д. Единица измерения удельного сопротивления 1 Ом·м. Удельное сопротивление вещества – табличная величина.

Сопротивление проводника зависит и от его температуры:

где: R₀ – сопротивление проводника при 0°С, t – температура, выраженная в градусах Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления. Он равен относительному изменению сопротивления, при увеличении температуры на 1°С. Для металлов он всегда больше нуля, для электролитов наоборот, всегда меньше нуля.

Диод в цепи постоянного тока

Диод – это нелинейный элемент цепи, сопротивление которого зависит от направления протекания тока. Обозначается диод следующим образом:

Стрелка в схематическом обозначении диода показывает, в каком направлении он пропускает ток. В этом случае его сопротивление равно нулю, и диод можно заменить просто на проводник с нулевым сопротивлением. Если ток течет через диод в противоположном направлении, то диод обладает бесконечно большим сопротивлением, то есть не пропускает ток совсем, и является разрывом в цепи. Тогда участок цепи с диодом можно просто вычеркнуть, так как ток по нему не идет.

 

Закон Ома. Последовательное и параллельное соединение проводников

К оглавлению…

Немецкий физик Г.Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы) сопротивлением R, пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором. Это соотношение выражает

закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками, сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Проводники в электрических цепях можно соединять двумя способами: последовательно и параллельно. У каждого способа есть свои закономерности.

1. Закономерности последовательного соединения:

Формула для общего сопротивления последовательно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь последовательно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R₀ находится по формуле:

2. Закономерности параллельного соединения:

Формула для общего сопротивления параллельно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь параллельно включено n одинаковых сопротивлений

R, то общее сопротивление R₀ находится по формуле:

Электроизмерительные приборы

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R_B. Для того чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен.

Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением

R_A. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.

 

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

К оглавлению…

Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической замкнутой цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы A_ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи: сила тока в замкнутой цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на общее (внутреннее + внешнее) сопротивление цепи:

Сопротивление r – внутреннее (собственное) сопротивление источника тока (зависит от внутреннего строения источника). Сопротивление R – сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление цепи).

Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника):

Важно понять и запомнить: ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не меняются, при подключении разных нагрузок.

Если сопротивление нагрузки равно нулю (источник замыкается сам на себя) или много меньше сопротивления источника, то тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик, и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

Несколько источников ЭДС в цепи

Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно, то:

1. При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:

Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.

2. При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:

В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.

При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:

В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.

 

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

К оглавлению…

Работа A электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в теплоту Q, выделяющееся на проводнике. Эту работу можно рассчитать по одной из формул (с учетом закона Ома все они следуют друг из друга):

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца. Мощность электрического тока равна отношению работы тока A к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена, поэтому она может быть рассчитана по следующим формулам:

Работа электрического тока в СИ, как обычно, выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

 

Энергобаланс замкнутой цепи

К оглавлению…

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. В этом случае полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R₁ и R₂ на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

 

Электролиз

К оглавлению…

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением вещества на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М.Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе. Итак, масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Он может быть рассчитан по формуле:

где: n – валентность вещества, N_A – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

 

Электрический ток в газах и в вакууме

К оглавлению…

Электрический ток в газах

В обычных условиях газы не проводят электрический ток. Это объясняется электрической нейтральностью молекул газов и, следовательно, отсутствием носителей электрических зарядов. Для того чтобы газ стал проводником, от молекул необходимо оторвать один или несколько электронов. Тогда появятся свободные носителя зарядов — электроны и положительные ионы. Этот процесс называется ионизацией газов.

Ионизировать молекулы газа можно внешним воздействием — ионизатором. Ионизаторами может быть: поток света, рентгеновские лучи, поток электронов или α-частиц. Молекулы газа также ионизируются при высокой температуре. Ионизация приводит к возникновению в газах свободных носителей зарядов — электронов, положительных ионов, отрицательных ионов (электрон, объединившийся с нейтральной молекулой).

Если создать в пространстве, занятом ионизированным газом, электрическое поле, то носители электрических зарядов придут в упорядоченное движение – так возникает электрический ток в газах. Если ионизатор перестает действовать, то газ снова становится нейтральным, так как в нем происходит рекомбинация – образование нейтральных атомов ионами и электронами.

Электрический ток в вакууме

Вакуумом называется такая степень разрежения газа, при котором можно пренебречь соударением между его молекулами и считать, что средняя длина свободного пробега превышает линейные размеры сосуда, в котором газ находится.

Электрическим током в вакууме называют проводимость межэлектродного промежутка в состоянии вакуума. Молекул газа при этом столь мало, что процессы их ионизации не могут обеспечить такого числа электронов и ионов, которые необходимы для ионизации. Проводимость межэлектродного промежутка в вакууме может быть обеспечена лишь с помощью заряженных частиц, возникших за счет эмиссионных явлений на электродах.

educon.by

Электричество — Класс!ная физика

ЦОР к уроку физики. Квантовая физика — медиаматериалы 10-11 класс

1. Световые кванты

Корпускулярно-волновой дуализм ………. смотреть
Фотоэффект ………. смотреть
Гипотезы Эйнштейна и Планка ………. смотреть
Наблюдение фотоэффекта ………. смотреть
Фотоэффект. Опыты и законы ………. смотреть
Давление света (2) ………. смотреть

2. Физика атомного ядра

Модель атома Томсона ………. смотреть
Модель атома Резерфорда ………. смотреть
Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома ………. смотреть
Опыт Резерфорда ………. смотреть
Радиоактивность (три вида) ………. смотреть
Состав радиоактивного излучения ………. смотреть
Камера Вильсона ………. смотреть
Нуклоны: протон и нейтрон ………. смотреть
Протонно-нейтронная модель ядра ………. смотреть
Изотопы, массовое число ………. смотреть
Альфа-распад ………. смотреть
Бета-распад ………. смотреть
Период полураспада, закон радиоактивного распада ………. смотреть
Механизмы ядерных реакций ………. смотреть
Короткодействие ядерных сил ………. смотреть
Энергия связи ядра ………. смотреть
Ядерная реакция с азотом и альфа-частицей ………. смотреть
Ядерная реакция с литием и протоном ………. смотреть
Ядерная реакция с алюминием и нейтроном ………. смотреть

Законы сохранения зарядового и массового чисел ………. смотреть
Дефект массы ………. смотреть
Расчет энергетического выхода ядерной реакции ………. смотреть
Механизм деления ядер ………. смотреть
Деление ядер урана ………. смотреть
Цепная реакция деления ………. смотреть
Замедлители нейтронов ………. смотреть
Критическая масса, ядерный реактор ………. смотреть
Схема энергетической установки с ядерным реактором ………. смотреть
Атомные электростанции ………. смотреть
Термоядерные реакции ………. смотреть
Действия радиоактивных излучений на живые организмы ………. смотреть
Проникающая способность. Виды радиоактивного излучения ………. смотреть
Счетчик Гейгера ………. смотреть
Применение радиоактивного излучения ………. смотреть
Элементарные частицы ………. смотреть
Античастицы ………. смотреть

ЦОР к уроку физики. Оптика — медиаматериалы 10-11 класс

1. Геометрическая оптика

Источники света ………. смотреть
Явление прямолинейного распространения света ………. смотреть
Применение закона прямолинейного распространения света ………. смотреть
Световые пучки ………. смотреть
Различные световые пучки ………. смотреть
Процесс образования тени и полутени от протяжённого источника света ………. смотреть
Солнечное и лунное затмение ………. смотреть
Закон отражения света ………. смотреть
Отражение света ………. смотреть
Отражение света на границе двух сред ………. смотреть
Опыт с оптической шайбой ………. смотреть
Отражение мяча от стенки ………. смотреть
Построение изображений в плоском зеркале ………. смотреть
Изображение предмета в плоском зеркале ………. смотреть
Построение изображения в плоском зеркале и его характеристика ………. смотреть
Закон отражения, плоское зеркало, построение изображения ………. смотреть
Ход лучей в перископе ………. смотреть
Закон преломления света ………. смотреть
Преломление света ………. смотреть
Вывод закона преломления света ………. смотреть
Преломление света на границе раздела двух сред ………. смотреть
Изменение направления распространения света призмой ………. смотреть

Линзы. Основные понятия ………. смотреть
Постоение изображений в линзах ………. смотреть
Построение изображения в собирающей линзе (1) ………. смотреть
Построение изображения в собирающей линзе (2) ………. смотреть
Построение изображения предмета в собирающей линзе ………. смотреть
Мнимое изображение предмета в собирающей линзе ………. смотреть
Формула тонкой линзы – ошибка ………. смотреть
Сферические линзы ………. смотреть
Рассеивающая линза ………. смотреть
Построение изображения в рассеивающей линзе ………. смотреть
Двояковыпуклая тонкая линза ………. смотреть
Собирающая линза ………. смотреть
Построение изображения в собирающей линзе ………. смотреть
Ход лучей в лупе ………. смотреть
Строение глаза ………. смотреть
Преломление лучей в оптической системе глаза ………. смотреть
Коррекция близорукости ………. смотреть
Коррекция дальнозоркости ………. смотреть

2. Волновая оптика

Закон отражения света (волн) ………. смотреть
Интерференция света ………. смотреть
Интерференция света. Опыт с бипризмой Френеля ………. смотреть
Интерференция света на тонкой пленке ………. смотреть
Сложение волн ………. смотреть
Дифракция света. Волновая оптика ………. смотреть
Дифракционная решётка ………. смотреть
Дифракция света на тонкой нити и щели ………. смотреть
Дисперсия света ………. смотреть
Вывод закона преломления света ………. смотреть
Дифракционная решетка, главные максимумы ………. смотреть
Поперечность световых волн. Поляризяция света. Опыты с турмалином ………. смотреть
Механическая модель волны. Поляризация ………. смотреть
Сплошной спектр испускания ………. смотреть

ЦОР к уроку физики. Термодинамика — медиаматериалы 10-11 класс

1. 8 класс

Броуновское движение ………. смотреть
Температура ………. смотреть
Шкала Цельсия ………. смотреть
Шкала Фаренгейта ………. смотреть
Изменение внутренней энергии тела при совершении над ним работы ………. смотреть
Изменение внутренней энергии путём теплопередачи ………. смотреть
Понятие теплопроводности ………. смотреть
Теплопроводность различных веществ ………. смотреть
Конвекция ………. смотреть
Теплопередача в газах ………. смотреть
Влияние конвекции на образование ветров ………. смотреть
Излучение тел белого и чёрного цвета ………. смотреть
Опыт с теплоприёмником ………. смотреть
Как устроен термос? ………. смотреть
Опыт с нагревением воды равной массы ………. смотреть
Опыт с нагревением воды разной массы ………. смотреть
Опыт с нагреванием разных веществ одинаковой массы ………. смотреть
Удельная теплота сгорания топлива ………. смотреть

Агрегатные состояния вещества ………. смотреть
Таяние льда ………. смотреть
Кристаллизация ………. смотреть
Определение тепловых характеристик свинца по графику ………. смотреть
Испарение ………. смотреть
Конденсация ………. смотреть
Испарение жидкости ………. смотреть
Кипение ………. смотреть
Влажность воздуха ………. смотреть
Принцип действия гигрометра и психрометра ………. смотреть
Принцип действия волосного гигрометра ………. смотреть
Работа пара при расширении ………. смотреть
Работа двигателя внутреннего сгорания ………. смотреть
Принцип работы паровой турбины ………. смотреть
Влияние тепловых двигателей на окружающую среду ………. смотреть
Тепловой двигатель ………. смотреть
Отбойный молоток ………. смотреть
Пневматический тормоз ………. смотреть
Получение сжиженных газов ………. смотреть

2. 10 класс

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ) ………. смотреть
Молекулярно-кинетическая теория ………. смотреть
Основное уравнение молекулярной теории идеального газа ………. смотреть
Газы. Движение молекул газа ………. смотреть
Физическая природа давления ………. смотреть
Соударение молекул с поршнем ………. смотреть
Работа при изменении объема газа ………. смотреть
Основное уравнение МКТ газов ………. смотреть
Шкалы температур ………. смотреть
Градуировка термометра ………. смотреть
Теплообмен, конвекция ………. смотреть
Теплообмен, излучение ………. смотреть
Средняя кинетическая энергия. Температура ………. смотреть
Молекулярная картина теплообмена – 1 ………. смотреть
Молекулярная картина теплообмена – 2 ………. смотреть
Молекулярная картина теплообмена ………. смотреть
Опыты Джоуля ………. смотреть

Испарение ………. смотреть
Конденсация ………. смотреть
Насыщенный пар ………. смотреть
Зависимость давления от объёма ………. смотреть
Насыщенный и ненасыщенный пар ………. смотреть
Зависимость температуры кипения от давления ………. смотреть
Кипение жидкости ………. смотреть
Влажность воздуха ………. смотреть
Кипение ………. смотреть
Принцип действия гигрометра и психрометра ………. смотреть
Отбойный молоток ………. смотреть
Пневматический тормоз ………. смотреть
Получение сжиженных газов ………. смотреть

Абсолютная температура ………. смотреть
Уравнение состояния идельного газа ………. смотреть
Уравнение состояния идеального газа ………. смотреть
Газовые законы ………. смотреть
Закон Бойля — Мариотта ………. смотреть
Закон Гей-Люссака ………. смотреть
Закон Бойля-Мариотта. Изотермический процесс ………. смотреть
Изотермический процесс ………. смотреть
Закон Гей-Люссака. Изобарный процесс ………. смотреть
Изобарный процесс ………. смотреть
Закон Шарля. Изохорный процесс ………. смотреть
Изохорный процесс ………. смотреть
Адиабатное расширение ………. смотреть
Адиабатное сжатие ………. смотреть
График адиабатного процесса ………. смотреть
Адиабатный процесс ………. смотреть
Изотермическое сжатие пара при температуре ниже критической ………. смотреть
Изотермы реального газа ………. смотреть
Изопроцессы ………. смотреть
Цикл Карно ………. смотреть
Цикл Карно ………. смотреть
График циклического процесса ………. смотреть
Принцип работы холодильной машины ………. смотреть
Работа холодильной машины ………. смотреть

Анизотропия кристаллов ………. смотреть
Строение твердого кристаллического тела ………. смотреть
Полиморфизм ………. смотреть
Монокристаллы и поликристаллы ………. смотреть
Деформация растяжения и сжатия ………. смотреть
Деформация сдвига ………. смотреть
Деформация кручения ………. смотреть
Деформация изгиба ………. смотреть
Упругая деформация стержня ………. смотреть
Аморфные тела ………. смотреть
Полимеры и композиты ………. смотреть
Особенности поверхностного слоя ………. смотреть
Сила поверхностного натяжения ………. смотреть

Работа в термодинамике ………. смотреть
Первый закон термодинамики ………. смотреть
Применение I закона термодинамики к изопроцессам ………. смотреть

ЦОР к уроку физики. Электромагнитные колебания и волны — медиаматериалы 10-11 класс

1. Электромагнитные колебания

Колебательный контур ………. смотреть
Принцип работы колебательного контура ………. смотреть
Зависимость заряда конденсатора и силы тока от времени ………. смотреть
Графическое представление колебаний. Уравнение колебаний ………. смотреть
Электромагнитные колебания ………. смотреть
Свободные колебания ………. смотреть
Свободные колебания – затухающие ………. смотреть
Примеры незатухающих колебаний ………. смотреть
Изменение электрического и магнитного полей в колебательном контуре ………. смотреть
Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями ………. смотреть
Вынужденные колебания, резонанс ………. смотреть
Переменный ток ………. смотреть
Переменный ток, действующее значение силы тока и напряжения ………. смотреть
Конденсатор в цепи переменного тока ………. смотреть
Конденсатор в цепи переменного тока ………. смотреть
Индуктивность в цепи переменного тока ………. смотреть
Катушка индуктивности в цепи переменного тока ………. смотреть
Активная нагрузка в цепи переменного тока ………. смотреть
Закон Ома для цепи переменного тока ………. смотреть

2. Производство, передача и использование электрической энергии

Трансформатор ………. смотреть
Устройство трансформатора ………. смотреть
Коэффициент трансформации ………. смотреть
Связь силы тока и числа витков ………. смотреть
Напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора ………. смотреть
Снижение потерь энергии при передаче ее на большие расстояния ………. смотреть
ЛЭП — линии электропередач ………. смотреть
Тепловые электростанции. Принцип работы ………. смотреть
Гидроэлектростанция. Как она работает? ………. смотреть

3. Электромагнитные волны

Электромагнитые волны ………. смотреть
Вибратор Герца ………. смотреть
Скорость электромагнитной волны ………. смотреть
Регистрация электромагнитной волны вибратором Герца ………. смотреть
Опыты Герца ………. смотреть
Прямолинейное распространение электромагнитной волны ………. смотреть
Отражение электромагнитной волны ………. смотреть
Измерение скорости света. Опыт Рёмера ………. смотреть
Преломление электромагнитной волны ………. смотреть
Направление вектора скорости волны (эл-маг) ………. смотреть
Свойства электромагнитных волн ………. смотреть
Интерференция электромагнитной волны ………. смотреть
Дифракция электромагнитной волны ………. смотреть
Свойства электромагнитных волн в разных диапазонах ………. смотреть
Преобразование колебательного контура в антенну ………. смотреть
Принцип радиосвязи ………. смотреть
Амплитудная модуляция ………. смотреть
Детектирование ………. смотреть

ЦОР к уроку физики. Механические колебания и волны — медиаматериалы 10-11 класс

1. Механические колебания

Математический маятник ………. смотреть
Математический маятник (смещение, амплитуда) ………. смотреть
Математический маятник (сила) ………. смотреть
Математическая модель гармонического колебания ………. смотреть
Гармонические колебания ………. смотреть
Частота и период гармонических колебаний ………. смотреть
Период колебаний математического маятника и опыт с магнитом ………. смотреть
Колебания шарика под действием силы упругости ………. смотреть
Пружинный маятник ………. смотреть
Период колебаний пружинного маятника ………. смотреть
Затухающие колебания ………. смотреть
Графическое представление колебаний ………. смотреть
Уравнение гармонических колебаний ………. смотреть
Энергетика колебаний ………. смотреть
Превращение энергии при свободных колебаниях ………. смотреть

2. Механические волны. Звук

Механические волны. Виды волн ………. смотреть
Продольные и поперечные волны ………. смотреть
Поперечные волны (мех) ………. смотреть
Продольные волны (мехх) ………. смотреть
Длина волны. Скорость волны ………. смотреть
Длина и скорость волны ………. смотреть
Скорость звука ………. смотреть
Опыт с волновой ванной ………. смотреть
Закон отражения механических волн ………. смотреть
Стоячая волна (мех) ………. смотреть
Звуковые волны в различных средах ………. смотреть
Два способа передачи воздействия ………. смотреть
Интерференция волн ………. смотреть
Интерференция ………. смотреть
Интерференционная картина ………. смотреть
Дифракция ………. смотреть
Дифракция волн (1 — мех) ………. смотреть
Дифракция волн (2 — мех) ………. смотреть

ЦОР к уроку физики. Магнетизм — медиаматериалы 10-11 класс

Опыт Эрстеда ………. смотреть
Опыт с прямым проводником ………. смотреть
Магнитное поле катушки с током ………. смотреть
Опыт с электромагнитом ………. смотреть
Электромагнитное реле ………. смотреть
Магнитный сепаратор ………. смотреть
Поезд на магнитной подушке ………. смотреть
Опыты, доказывающие существование магнитного поля ………. смотреть
Опыты с компасом ………. смотреть
Опыты с компасом ………. смотреть
Опыты по наблюдению магнитного поля ………. смотреть
Картины магнитных полей, созданных разными магнитами ………. смотреть
Однородное магнитное поле ………. смотреть
Правило буравчика ………. смотреть
Магнитная и географическая оси Земли ………. смотреть
Магнитные аномалии и магнитные бури ………. смотреть
Намагничивание ферромагнетиков ………. смотреть
Действие магнитного поля на проводник с током ………. смотреть

Действие магнитного поля на проводник с током ………. смотреть
Ориентирующее действие магнитного поля ………. смотреть
Вектор магнитной индукции ………. смотреть
Вектор магнитной индукции в центре кругового тока ………. смотреть
Модуль вектора магнитной индукции ………. смотреть
Правило правой руки ………. смотреть
Правило левой руки (1) ………. смотреть
Правило левой руки (2) ………. смотреть
Магнитный поток ………. смотреть
Сила Ампера и правило левой руки ………. смотреть
Закон Ампера, рамка с током в магнитном поле ………. смотреть
Правило левой руки для частицы ………. смотреть
Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле ………. смотреть
Магнитный поток ………. смотреть
Явление электромагнитной индукции ………. смотреть
Опыты Фарадея (1) ………. смотреть
Опыты Фарадея (2) ………. смотреть
Опыты Фарадея с электромагнитом ………. смотреть
Закон электромагнитной индукции ………. смотреть
ЭДС индукции в движущихся проводниках ………. смотреть
Принцип действия электродвигателя ………. смотреть
Коллекторный электродвигатель ………. смотреть
Электродвигатели в технике ………. смотреть
Генератор постоянного тока ………. смотреть
Опыт с разрезанным и сплошным кольцами ………. смотреть
Взаимодействие кольца с постоянным магнитом ………. смотреть
Правило Ленца ………. смотреть
Правило Ленца ………. смотреть
Правило Ленца. Физика ………. смотреть
Явление самоиндукции ………. смотреть
Индуктивность ………. смотреть

ЦОР к уроку физики. Электричество — медиаматериалы 10-11 класс

1. Электростатика

Электростатика. Основные понятия ………. смотреть
Закон Кулона ………. смотреть
Электрическое поле ………. смотреть
Линии напряженности поля ………. смотреть
Потенциал электростатического поля ………. смотреть
Связь между напряженностью и разностью потенциалов ………. смотреть
Электризация ………. смотреть
Электрический заряд ………. смотреть
Опыт Кулона ………. смотреть
Опыты Кулона ………. смотреть
Весы Кулона ………. смотреть
Принцип суперпозиции сил ………. смотреть
Электрическое поле. Линии напряженности электрического поля ………. смотреть
Свойства электрического поля ………. смотреть
Поле заряженного шара ………. смотреть

Модель строения проводника и диэлектрика ………. смотреть
Полярный диэлектрик во внешнем электростатическом поле ………. смотреть
Поляризация диэлектриков ………. смотреть
Неполярный диэлектрик во внешнем электростатическом поле ………. смотреть
Неполярная молекула во внешнем электростатическом поле ………. смотреть
Диполь во внешнем однородном поле ………. смотреть
Проводник во внешнем электрическом поле ………. смотреть
Энергия электрического поля ………. смотреть

Конденсаторы ………. смотреть
Факторы, влияющие на величину ёмкости плоского конденсатора ………. смотреть
Электрическая ёмкость проводника ………. смотреть
Электрическая ёмкость конденсатора ………. смотреть
Плоский конденсатор ………. смотреть
Конденсатор ………. смотреть
Простейший конденсатор ………. смотреть
Ёмкость конденсатора ………. смотреть
От чего зависит ёмкость плоского конденсатора ………. смотреть
Виды конденсатора ………. смотреть
Параллельное соединение конденсаторов ………. смотреть

2. Законы постоянного тока

Исторические предпосылки учения о постоянном электрическом токе ………. смотреть
Постоянный электрический ток. Основные понятия ………. смотреть
Электродвижущая сила ………. смотреть
Электрическое сопротивление ………. смотреть
Закон Ома ………. смотреть
Соединение проводников ………. смотреть

Сторонние силы. Условия существования электрического тока ………. смотреть
Как создать электрический ток. Условия существования электрического тока ………. смотреть
Условия существования тока ………. смотреть
Сопротивление ………. смотреть
Узел электрической цепи ………. смотреть
Гальванический элемент ………. смотреть
Полная ЭДС цепи, второе правило Кирхгофа ………. смотреть
Работа и мощность тока ………. смотреть
Работа электростатического поля ………. смотреть

3. Электрический ток в различных средах

Электрический ток в металлах. Опыт Толмена-Стюарта ………. смотреть
Зависимость сопротивления металлического проводника от температуры ………. смотреть

Строение полупроводников ………. смотреть
Электронная и дырочная проводимости ………. смотреть
p-n переход ………. смотреть
Примесная проводимость полупроводников ………. смотреть
Собственная проводимость полупроводников ………. смотреть

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов ………. смотреть
Электролитическая диссоциация ………. смотреть
Электролиз ………. смотреть

Электрический ток в газах. Несамостоятельный разряд ………. смотреть
Самостоятельный разряд. Электрический ток в газах ………. смотреть
Несамостоятельный газовый разряд ………. смотреть
Магнитное поле около газоразрядной трубки ………. смотреть
Магнитное поле тока смещения ………. смотреть

Термоэлектронная эмиссия ………. смотреть
Электрический ток в вакууме ………. смотреть
Ток в вакууме ………. смотреть
Вакуумный диод ………. смотреть

ЦОР к уроку физики. Динамика. Статика — медиаматериалы 10-11 класс

Динамика

1. Законы Ньютона

Материальная точка ………. смотреть
Материальная точка: разные случаи ………. смотреть
Инерция ………. смотреть
Вывод Галилео о характере движения ………. смотреть
Первый закон Ньютона. Динамика ………. смотреть
Инерциальные и неинерциальные системы отсчета (1) ………. смотреть
Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта (2) ………. смотреть
Инерциальные системы ………. смотреть
Первый закон Ньютона (1) ………. смотреть
Первый закон Ньютона (2) ………. смотреть
Первый закон Ньютона ………. смотреть
Опыт с тележками. Инертность ………. смотреть
Опыт с динамометрами. Третий закон Ньютона ………. смотреть
Второй закон Ньютона ………. смотреть
Соотношение ускорений и масс тел при взаимодействии, масса эталона ………. смотреть
Сравнение сил ………. смотреть
Определение зависимости ускорения от силы ………. смотреть
Взаимодействие тел ………. смотреть
Опыт с тележкой и грузами ………. смотреть
Сила ………. смотреть
Второй закон Ньютона ………. смотреть

Принцип независимости действия сил ………. смотреть
Опыт с динамометрами. Третий закон Ньютона ………. смотреть
Силы действия и противодействия ………. смотреть
Третий закон Ньютона ………. смотреть
Третий закон Ньютона ………. смотреть
Принцип относительности Галилея ………. смотреть
Принцип относительности ……….

class-fizika.ru

Физика электричества: определение, опыты, единица измерения

Физика электричества — это то, с чем приходится сталкиваться каждому из нас. В статье мы рассмотрим основные понятия, связанные с ней.

Что такое электричество? Для человека непосвященного оно ассоциируется со вспышкой молнии или с энергией, питающей телевизор и стиральную машину. Он знает, что электропоезда используют электрическую энергию. О чем еще он может рассказать? О нашей зависимости от электричества ему напоминают линии электропередач. Кто-то сможет привести и несколько других примеров.

Однако с электричеством связано немало других, не столь очевидных, но повседневных явлений. Со всеми ними нас знакомит физика. Электричество (задачи, определения и формулы) мы начинаем изучать еще в школе. И узнаем много интересного. Оказывается, бьющееся сердце, бегущий спортсмен, спящий ребенок и плавающая рыба — все вырабатывает электрическую энергию.

Электроны и протоны

Определим основные понятия. С точки зрения ученого, физика электричества связана с движением электронов и других заряженных частиц в различных веществах. Поэтому научное понимание природы интересующего нас явления зависит от уровня знаний об атомах и составляющих их субатомных частицах. Ключом к этому пониманию служит крошечный электрон. Атомы любого вещества содержат один или более электронов, движущихся по различным орбитам вокруг ядра подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Обычно число электронов в атоме равно количеству протонов в ядре. Однако протоны, будучи значительно тяжелее электронов, можно считать как бы закрепленными в центре атома. Этой предельно упрощенной модели атома вполне достаточно, чтобы объяснить основы такого явления, как физика электричества.

О чем еще необходимо знать? Электроны и протоны имеют одинаковый по величине электрический заряд (но разного знака), поэтому они притягиваются друг к другу. Заряд протона является положительным, а электрона — отрицательным. Атом, имеющий электронов больше или меньше, чем обычно, называется ионом. Если в атоме их недостаточно, то он называется положительным ионом. Если же он содержит их избыток, то его называют отрицательным ионом.

Когда электрон покидает атом, тот приобретает некоторый положительный заряд. Электрон, лишенный своей противоположности — протона, либо движется к другому атому, либо возвращается к прежнему.

Почему электроны покидают атомы?

Это объясняется несколькими причинами. Наиболее общая состоит в том, что под воздействием импульса света или какого-то внешнего электрона движущийся в атоме электрон может быть выбит со своей орбиты. Тепло заставляет атомы колебаться быстрее. Это означает, что электроны могут вылететь из своего атома. При химических реакциях они также перемещаются от атома к атому.

Хороший пример взаимосвязи химической и электрической активности дают нам мышцы. Их волокна сокращаются при воздействии электрического сигнала, поступающего из нервной системы. Электрический ток стимулирует химические реакции. Они-то и приводят к сокращению мышцы. Внешние электрические сигналы нередко используются для искусственного стимулирования мышечной активности.

Проводимость

В некоторых веществах электроны под действием внешнего электрического поля движутся более свободно, чем в других. Говорят, что такие вещества обладают хорошей проводимостью. Их называют проводниками. К ним относится большинство металлов, нагретые газы и некоторые жидкости. Воздух, резина, масло, полиэтилен и стекло плохо проводят электричество. Их называют диэлектриками и используют для изоляции хороших проводников. Идеальных изоляторов (абсолютно не проводящих тока) не существует. При определенных условиях электроны можно удалить из любого атома. Однако обычно эти условия столь трудно выполнить, что с практической точки зрения подобные вещества можно считать непроводящими.

Знакомясь с такой наукой, как физика (раздел «Электричество»), мы узнаем, что существует особая группа веществ. Это полупроводники. Они ведут себя отчасти как диэлектрики, а отчасти — как проводники. К ним, в частности, относятся: германий, кремний, окись меди. Благодаря своим свойствам полупроводник находит множество применений. Например, он может служить электрическим вентилем: подобно клапану велосипедной шины он позволяет зарядам двигаться только в одном направлении. Такие устройства называются выпрямителями. Они используются и в миниатюрных радиоприемниках, и на больших электростанциях для преобразования переменного тока в постоянный.

Тепло представляет собой хаотичную форму движения молекул или атомов, а температура — мера интенсивности этого движения (у большинства металлов с понижением температуры движение электронов становится более свободным). Это означает, что сопротивление свободному движению электронов падает с уменьшением температуры. Другими словами, проводимость металлов возрастает.

Сверхпроводимость

В некоторых веществах при очень низких температурах сопротивление потоку электронов исчезает полностью, и электроны, начав движение, продолжают его неограниченно. Это явление называется сверхпроводимостью. При температуре несколько градусов выше абсолютного нуля (— 273 °С) она наблюдается в таких металлах, как олово, свинец, алюминий и ниобий.

Генераторы Ван де Граафа

В школьную программу входят различные опыты с электричеством. Существует можество видов генераторов, об одном из которых нам хотелось бы подробнее рассказать. Генератор Ван де Граафа используется для получения сверхвысоких напряжений. Если предмет, содержащий избыток положительных ионов, поместить внутрь контейнера, то на внутренней поверхности последнего появятся электроны, а на внешней — такое же количество положительных ионов. Если теперь коснуться внутренней поверхности заряженным предметом, то на него перейдут все свободные электроны. На внешней же положительные заряды останутся.

В генераторе Ван де Граафа положительные ионы от источника наносятся на ленту конвейера, проходящего внутри металлической сферы. Лента связана с внутренней поверхностью сферы с помощью проводника в виде гребня. Электроны стекают с внутренней поверхности сферы. На внешней же стороне ее появляются положительные ионы. Эффект можно усилить, используя два генератора.

Электрический ток

В школьный курс физики входит и такое понятие, как электрический ток. Что же это такое? Электрический ток обусловлен движением электрических зарядов. Когда электрическая лампа, соединенная с батареей, включена, ток течет по проводу от одного полюса батареи к лампе, затем через ее волосок, вызывая его свечение, и возвращается назад по второму проводу к другому полюсу батареи. Если выключатель повернуть, то цепь разомкнется — движение тока прекратится, и лампа погаснет.

Движение электронов

Ток в большинстве случаев представляет собой упорядоченное движение электронов в металле, служащем проводником. Во всех проводниках и некоторых других веществах всегда происходит какое-то случайное их движение, даже если ток не протекает. Электроны в веществе могут быть относительно свободны или сильно связаны. Хорошие проводники имеют свободные электроны, способные перемещаться. А вот в плохих проводниках, или изоляторах, большинство этих частиц достаточно прочно связано с атомами, что препятствует их движению.

Иногда естественным или искусственным путем в проводнике создается движение электронов в определенном направлении. Этот поток и называют электрическим током. Он измеряется в амперах (А). Носителями тока могут служить также ионы (в газах или растворах) и «дырки» (нехватка электронов в некоторых видах полупроводников. Последние ведут себя как положительно заряженные носители электрического тока. Чтобы заставить электроны двигаться в том или ином направлении, необходима некая сила. В природе ее источниками могут быть: воздействие солнечного света, магнитные эффекты и химические реакции. Некоторые из них используются для получения электрического тока. Обычно для этой цели служат: генератор, использующий магнитные эффекты, и элемент (батарея), действие которого обусловлено химическими реакциями. Оба устройства, создавая электродвижущую силу (ЭДС), заставляют электроны двигаться в одном направлении по цепи. Величина ЭДС измеряется в вольтах (В). Таковы основные единицы измерения электричества.

Величина ЭДС и сила тока связаны между собой, как давление и поток в жидкости. Водопроводные трубы всегда заполнены водой под определенным давлением, но вода начинает течь, только когда открывают кран.

Аналогично электрическая цепь может быть соединена с источником ЭДС, но ток в ней не потечет до тех пор, пока не будет создан путь, по которому могут двигаться электроны. Им может быть, скажем, электрическая лампа или пылесос, выключатель здесь играет роль крана, «выпускающего» ток.

Соотношение между током и напряжением

По мере роста напряжения в цепи растет и ток. Изучая курс физики, мы узнаем, что электрические цепи состоят из нескольких различных участков: обычно это выключатель, проводники и прибор — потребитель электричества. Все они, соединенные вместе, создают сопротивление электрическому току, которое (при условии постоянства температуры) для этих компонентов не изменяется со временем, но для каждого из них различно. Поэтому, если одно и то же напряжение применить к лампочке и к утюгу, то поток электронов в каждом из приборов будет различен, поскольку различны их сопротивления. Следовательно, сила тока, протекающего через определенный участок цепи, определяется не только напряжением, но и сопротивлением проводников и приборов.

Закон Ома

Величина электрического сопротивления измеряется в омах (Ом) в такой науке, как физика. Электричество (формулы, определения, опыты) — обширная тема. Мы не будем выводить сложные формулы. Для первого знакомства с темой достаточно того, что было сказано выше. Однако одну формулу все-таки стоит вывести. Она совсем несложная. Для любого проводника или системы проводников и приборов соотношение между напряжением, током и сопротивлением задается формулой: напряжение = ток х сопротивление. Это математическое выражение закона Ома, названного так в честь Георга Ома (1787-1854 гг.), который первым установил взаимосвязь этих трех параметров.

Физика электричества — очень интересный раздел науки. Мы рассмотрели лишь основные понятия, связанные с ней. Вы узнали, что такое электричество, как оно образуется. Надеемся, эта информация вам пригодится.

fb.ru

Основные разделы физики :: SYL.ru

Физика — фундаментальная естественная наука, которой уже несколько тысячелетий. Объяснить природные явления с научной точки зрения пытались еще в глубокой древности. Самый известный физик и математик Древней Греции Архимед открыл несколько механических законов. Другой древнегреческий физик Стратон в 3 веке до н. э. заложил основы экспериментальной физики.

Многовековая история человечества, взгляды и гипотезы ученых, постоянные исследования привели к тому, что почти все природные явления сейчас можно пояснить с точки зрения физики. В этой науке выделяют несколько основных разделов, каждый из которых описывает определенные процессы макро- и микромира.

Основные разделы

Основные разделы физики — это механика, молекулярная физика, электромагнетизм, оптика, квантовая механика и термодинамика.

Механикой называют раздел физики, изучающий законы движения тел. Молекулярная физика — один из основных разделов, изучающий молекулярную структуру веществ. Электромагнетизм — масштабный раздел, изучающий электрические и магнитные явления. Оптика изучает природу света и электромагнитных волн.

Термодинамика изучает тепловые состояния макросистем. Ключевые понятия этого раздела: энтропия, энергия Гиббса, энтальпия, температура, свободная энергия.

Квантовая механика — физика микромира, обязанная своим появлением исследованиям Макса Планка. Именно этот раздел — квантовая механика — по праву считается самым сложным разделом физики.

Разделы механики

Основные разделы физики принято подразделять на собственные разделы. Например, в механике выделяют классическую и релятивистскую. Классическая механика обязана своим становлением Исааку Ньютону, гениальному английскому ученому, автору трех основных законов динамики. Важную роль также сыграли исследования Галилея. Классическая механика рассматривает взаимодействие тел при движении со скоростями, намного меньшими, чем скорость света.

Кинематика и динамика — разделы физики, изучающие движение идеализированных тел. В общем в классической механике выделяют кинематику, динамику, акустику, механику сплошных сред.

Акустикой назван раздел физики, изучающий звуковые волны, а также упругие колебания различных частот.

В физике сплошных сред принято выделять гидродинамику и аэростатику. Это разделы физики, посвященные законам движения жидкостей и газов соответственно. А также выделяют физику плазмы и теорию упругости.

Релятивистская механика рассматривает движение тел, движущихся со скоростями, почти равными скорости света. Рождение релятивистской механики неразрывно связано с именем Альберта Эйнштейна, создателя СТО и ОТО.

Молекулярная физика

Молекулярной физикой называют раздел физики, занимающийся исследованием молекулярной структуры вещества. В курсе молекулярной физики изучаются законы идеального газа. Здесь же изучается уравнение Менделеева-Клапейрона, молекулярно-кинетическая теория.

Электромагнетизм

Электромагнетизм — один из самых глобальных разделов, которыми богата физика. Разделы физики электричества и магнетизма: магнетизм, электростатика, уравнения Максвелла, магнитостатика, электродинамика. Важный вклад в развитие этого раздела сделали Кулон, Фарадей, Тесла, Ампер, Максвелл.

Оптика

Еще в Средние века люди заинтересовались поиском научного пояснения оптических явлений. Разделы физики, созданные для этого: геометрическая, волновая, классическая и рентгеновская оптика.

Существенный вклад в развитие оптики внес Исаак Ньютон. Его труд «Оптика», изданный в 1704 году, стал ключом к дальнейшему развитию геометрической оптики.

Квантовая механика

Это самый молодой раздел, которым представлена физика. Раздел квантовая механика имеет четкую дату рождения — 14 декабря 1900 года. В этот день Макс Планк сделал доклад о распространении энергии. Он первым предположил, что энергия элементарных частот испускается дискретными дозами. Для описания этих дискретных порций Макс Планк ввел особую константу — постоянную Планка, которая связывает энергию с частотой излучения.

В квантовой механике выделяется атомная и ядерная физика. Разделы физики данного направления поясняют структуру атома и атомных субъединиц.

www.syl.ru

Электричество и постоянный ток

Электронный учебник по физике

КГТУ-КХТИ. Кафедра физики. Старостина И.А., Кондратьева О.И., Бурдова Е.В.

Для перемещения по тексту электронного учебника можно использовать:

1- нажатие клавиш PgDn, PgUp,,  для перемещения по страницам и строкам;

2- нажатие левой клавиши «мыши» по выделенному тексту для перехода в требуемый раздел;

3- нажатие левой клавиши «мыши» по выделенному значку @ для перехода в оглавление.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ПОСТОЯННЫЙ ТОК 3

Электронный учебник по физике 3

КГТУ-КХТИ. Кафедра физики. Старостина И.А., Кондратьева О.И., Бурдова Е.В. 3

Для перемещения по тексту электронного учебника можно использовать: 3

1- нажатие клавиш PgDn, PgUp,,  для перемещения по страницам и строкам; 3

2- нажатие левой клавиши «мыши» по выделенному тексту для перехода в требуемый раздел; 3

3- нажатие левой клавиши «мыши» по выделенному значку @ для перехода в оглавление. 3

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ПОСТОЯННЫЙ ТОК 3

1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА. 3

2. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 22

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В МЕТАЛЛАХ, ВАКУУМЕ И ПОЛУПРОВОДНИКАХ 27

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Электричество – это понятие, которое охватывает всю совокупность явле­ний, в которых проявляется существование, движение и взаимодействие электриче­ских зарядов. Науку, изучающую эти явления, называют наукой об электричестве.

1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА.

Электростатика изучает взаимодействия и свойства неподвижных электри­чес­ких зарядов.

1.1. Электрические заряды. Закон сохранения электрического заряда.

Уже в VII веке до нашей эры древнегреческий ученый Ф.Милетский описал спо­соб­ность янтарной палочки, натертой шелком, притягивать легкие предметы. В конце XIV в. английский врач и физик У.Гильберт заинтересовался этим явлением и обнаружил аналогичные свойства у стекла, фарфора и многих дру­гих тел, предварительно натертых кожей, сукном и прочими мягкими материалами. Это явление Гильберт назвал электризацией. Электризация бывает положитель­ной (которую приобретает стекло, натертое кожей) и отрицательной (которую приобре­тает кожа). Таким образом, при электризации тел трением, оба тела элек­тризуются, т.е. приобретают заряды, равные по величине и противоположные по знаку.

Явление электризации тел долгое время не могло быть объяснено. Только в 1881 г. немецким физиком Г.Гельмгольцем была высказана гипотеза, объясняющая электрические явления существованием электрически заряженных элементарных частиц. Эта гипотеза была подтверждена в 1897 г. английским физиком Д.Томсоном открытием электрона и в 1919 г. английским физиком Э.Резерфордом открытием протона. Масса электрона m_e=9.1110^-31 кг, его заряд e= -1.610^-19 Кл. Масса протона m_p=1.6710^-27 кг, его заряд e= +1.610^-19 Кл (в системе единиц СИ единица заряда называется Кулон в честь английского ученого Кулона и обозначается 1Кл). Опытным путем (1910-1914 гг.) американский физик Р.Милликен доказал дис­кретность электрических зарядов: заряд любого тела равен целому числу эле­ментар­ных зарядов. Носителем элементарного отрицательного заряда является электрон, положительного — протон. В незаряженном теле число положительных и отрицатель­ных элементарных зарядов одинаково, в заряженном теле — различно. Английский физик М.Фарадей при обобщении опытных данных ус­та­новил фундаментальный закон природы — закон сохранения заряда: алгебраиче­с­кая сумма электрических зарядов любой электрически замкнутой системы ос­тается неизменной, какие бы процессы в ней не происходили. Электрически замк­нутой является система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами. Позднее было обнаружено, что величина электрического заряда не зависит от системы отсчета, от того — дви­жется заряд или покоится. Следовательно, заряд — релятивистки инвариантная ве­личина.

В зависимости от концентрации свободных зарядов все тела делятся на про­водники, диэлектрики и полупроводники.

К проводникам относятся вещества, в которых свободные электрические заряды перемещаются свободно по всему объ­ему. Это металлы, электролиты и плазма. Проводники делятся на две группы. В проводниках первого рода (металлах) перенос зарядов (свободных элек­тронов) не сопровождается химическими изменениями самих проводников. В проводниках второго рода (электролитах, расплавах солей) перемещение положительных и отрицательных ионов ведет к химическим изменениям в самих про­водниках.

Диэлектрики — это вещества, в которых практически отсутствуют свободные заряды. Они не проводят электрический ток. К диэлектрикам относятся : стекло, ян­тарь, каучук, сера, пластмассы, эбонит, газы при комнатной температуре.

Полупроводники (германий, кремний, селен, графит и др.) по своим свойст­вам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их свойства в значительной мере зависят от внешних условий, главным образом, от тем­пературы.

studfile.net

Средняя школа, Физика

Вход Вход Регистрация Начало Поиск по сайту ТОПы Учебные заведения Предметы Проверочные работы Обновления Новости Переменка Отправить отзыв

• Архив
• Физика

• Тема 1. «Механика. Основы кинематики».

  • Тема 2. «Механика. Основы динамики».

    • Тема 3. «Законы сохранения в механике».

      • Тема 4. «Механика. Колебания и волны».

        • Тема 5. «Молекулярная физика. Основные положения молекулярно-кинетической теории».

          • Тема 6. «Основы термодинамики».

            • Тема 7. «Электродинамика. Электрическое поле».

              • Тема 8. «Электродинамика. Законы постоянного тока».

                • Тема 9. «Электродинамика. Магнитное поле и электромагнитная индукция».

                  • Тема 10. «Электромагнитные колебания и волны».

                    • Тема 11. «Оптика. Световые волны».

                      • Тема 12. «Световые кванты».

                        • Тема 13. «Физика атомного ядра».

                          • Copyright © 2019 ООО ЯКласс Контакты Пользовательское соглашение

                            www.yaklass.ru

                            Раздел III. Электричество и магнетизм Основные понятия и уравнения электродинамики

                            Раздел классической физики, изучающий законы электромагнитного поля, посредством которого происходит взаимодействие между заряженными частицами, называется электродинамикой.

                            Раздел электродинамики, посвященный изучению неподвижных заряженных тел, называется электростатикой.

                            Электрический заряд. Электростатическое поле

                            Электрический заряд – это источник электромагнитного поля, связанный с материальной частицей; это характеристика частицы, определяющая ее электромагнитное взаимодействие. Единица измерения величины заряда в СИ: (кулон).

                            Основные свойства заряда:

                            • Существует два вида зарядов – положительный и отрицательный. Заряды одного знака при взаимодействии друг с другом отталкиваются между собой, а заряды разных знаков – притягиваются.

                            • Элементарными носителями зарядов являются позитрон – носитель положительного заряда и электрон – носитель отрицательного заряда. Величина элементарного заряда (без учета знака) равна 1,6∙10^-19Кл.

                            • В электрически изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов тел остается величиной постоянной – закон сохранения электрического заряда.

                            Закон Кулона:

                            Сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой (рис.3.1):

                            ,

                            где k- коэффициент пропорциональности. В системе СИ ,,₀– электрическая постоянная вакуума,.

                            

                            Если заряды взаимодействуют в среде с относительной диэлектрической проницаемостью , то сила взаимодействия между ними уменьшается враз:

                            .

                            При действии нескольких заряженных частиц на одну заряженную частицу результирующая сила рассчитывается как векторная сумма всех действующих на выбранную частицу сил: – принцип суперпозиции сил.

                            Каждая заряженная частица создает вокруг себя электрическое поле. Силовой характеристикой такого поля является напряженность электрического поля . Энергетической характеристикой является потенциал φ.

                            Напряженность поля – это физическая величина, равная отношению силы, действующей со стороны поля на неподвижный точечный положительный пробный заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля к величине этого заряда: .

                            Единица измерения в СИ: (вольт/метр). Направление векторавсегда совпадает с направлением силовой линии поля (рис.3.2).

                            

                            Если имеется несколько зарядов, то каждый из них создает свое электрическое поле, независимо от остальных, а напряженность результирующего поля в данной точке определяется векторной суммой напряженностей полей, создаваемой в этой точке каждым зарядом в отдельности: — принцип суперпозиции полей.

                            Напряженность поля неподвижного электрического заряда Qможно определить по формуле:.

                            Электрическое поле точечного заряда обладает потенциальной энергией Е_пот, которая пропорциональна заряду. Физическая величина, равная отношению потенциальной энергии пробного точечного электрического зарядаq, помещенного в рассматриваемую точку поля, к величине этого заряда, называется – потенциалом электрического поля:.

                            Потенциал точечного электрического заряда Qопределяется по формуле:

                            .

                            Единица измерения в СИ: (вольт).

                            Результирующий потенциал электрического поля, созданного совокупностью точечных электрических зарядов, равен алгебраической сумме потенциалов полей от каждого заряда в отдельности: ,

                            где знак потенциала определяется знаком заряда.

                            При перемещении электрического заряда qв электрическом поле с напряженностьюна расстояниеr, будет совершаться работа:

                            .

                            Поскольку работа совершается консервативными силами, то она будет приводить к убыли потенциальной энергии поля: . С учетом выражения для потенциала электрического поля работу поля можно записать в виде:.

                            Связь между напряженностью и потенциалом поля определяется соотношением:.

                            Знак (-) показывает, что напряженность поля направлена в сторону убыли потенциала.

                            studfile.net